(57)【要約】【課題】  空間光変調器チップの面積を低減しつつ、高品質画像を得る。【解決手段】  スペクトル的かつ空間的に分解された光を提供するように構成された少なくとも１つの光源１０２と、前記スペクトル的かつ空間的に分解された光を受け取って変調し、光源１０２から選択された空間色を選択的に送って部分画像の集合を形成するように構成された空間光変調器１０４と、前記部分画像の集合を受け取り、該部分画像の集合を表示エリア１１５全体を走査してフルフレームカラー画像を作成するように構成された少なくとも１つの走査装置１０６とを含んでなる表示システム１００を提供する。【選択図】  図１
2005326837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル的および空間的に分解された光を提供するように構成された少なくとも１つの光源と、
前記スペクトル的および空間的分解された光を受け取って変調し、前記光源から選択された空間色を選択的に送って部分画像の集合を形成するように構成された空間光変調器と、
前記部分画像の集合を受け取り、表示エリア全体にわたり該部分画像の集合を走査してフルフレームカラー画像を作成するように構成された少なくとも１つの走査装置と
を含んでなる表示システム。
【請求項２】
前記走査装置と前記表示エリアとの間に介在する少なくとも１つの投射光学系をさらに含み、該投射光学系は、前記フルフレームカラー画像を受け取り表示エリア上に投射するように構成されているものである、請求項１に記載の表示システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光源は、
少なくとも１つの白色光源と、
少なくとも１つのカラーセパレータと
を含む請求項１に記載の表示システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光源は、異なる色の光を前記空間光変調器に同時に送るようにそれぞれ構成された複数の光源を含む請求項１に記載の表示システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの走査装置は、旋回ミラーを含む請求項１に記載の表示システム。
【請求項６】
前記空間光変調器および前記走査装置と通信し、ビデオ情報または画像情報を受け取り、前記空間光変調器および前記走査装置を同時に制御して、前記フルフレームカラー画像を生成するように構成された制御電子機器をさらに含む請求項１に記載の表示システム。
【請求項７】
前記空間光変調器は、前記フルフレーム画像の解像度未満の表示要素アレイを有する画像形成要素を含む請求項１に記載の表示システム。
【請求項８】
前記走査装置は、複数の方向に走査するものである請求項１に記載の表示システム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光源は、ダイクロイックフィルタアレイを含む請求項１に記載の表示システム。
【請求項１０】
スペクトル的および空間的に分解された光を生成して送るように構成された少なくとも１つの光源を設けるステップと、
前記スペクトル的および空間的に分解された光を受け取り、前記光源から選択された空間色を選択的に送って部分画像の集合を形成するように構成された空間光変調器を設けるステップと、
前記部分画像の集合を受け取って走査し、フルフレームカラー画像を得るように構成された少なくとも１つの走査装置を設けるステップと、
前記フルフレームカラー画像を表示エリアに投射するように構成された投射光学系を設けるステップと、
前記光源、前記空間光変調器、前記走査光学系、および前記投射光学系を構成に組み立てて、表示システムを得るステップと
を含んでなる、表示システムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高品質画像を表示画面上に送る投射システムおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
静止画像またはビデオ画像の表示に画像投射システムを使用することができる。従来の投射エンジンは、通常、赤と緑と青（ＲＧＢ）の各色光を変調して投射画像を生成する。ＲＧＢ光は、白色光源から導出することができる。例えば、デジタル光処理（digital light processing：以下、「ＤＬＰ」とよぶ）システムは、カラーホイールを通して合焦される白色光源と、光を分解することと、光を空間光変調器（以下、「ＳＬＭ」とよぶ）チップ上に向けることからなる。空間光変調器は、透過要素または反射要素を配向して画像を形成する。そして、画像は、プロジェクタレンズと表示ディスプレイ上とに送られる。カラーホイールは、通常、光源と画像形成要素の間に介在する高速回転するカラーフィルタホイールである。カラーホイールは、通常、異なる光フィルタリング属性を有するセグメントを含む。セグメントは、例えば、赤と緑と青の各透過フィルタに対応する。カラーホイールが高速回転する際に、画像形成要素上にＲＧＢ色光を順次に投射することができる。
【０００３】
このようなカラーホイールを効果的に使用することによって画像形成に所望のＲＧＢ光がもたらされるが、これは、望ましくない光波長を遮断することによって行われる。したがって、ある色の光を生成するために、白色光源からの光の相当部分が遮断される。これにより、白色光源自体の出力と比較して光学エンジンの光出力は低くなる。カラーホイールによっては、白色セグメントが追加されて失われた白色光をいくらか取り戻すものもあれば、白色セグメントをなくす６セグメントカラーホイールを製造することによって光の損失を回復し、より豊富な色表示を提供しようとするものもある。さらに、カラーフィルタホイールを使用する場合には、例えば７５００回転／分（ＲＰＭ）で高い精度で高速でホイールを回転させる必要があり得る。カラーホイールを高速回転させることの欠点は、表示ディスプレイ上に順次に色が放射されることである。順次に色が放射されることにより、「レインボー効果（rainbow effect）」としても知られる独特の可視のアーティファクトが表示画面上に発生する。「レインボー効果」は、人によって可視であったり不可視であったりするが、ＲＧＢスペクトルの分離であり、したがって赤と緑と青の各色が表される。カラーホイールの回転は高速化され、これによりレインボーアーティファクトをなくそうとする。回転の高速化は、カラーフィルタホイールを高価にし、繊細にし、動作から発生するノイズを増大させる一因となる。
【０００４】
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と、回折格子光制御弁（ＧＬＶ）と、回折光装置（ＤＬＤ:diffractive light device）と、ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）とを含む、今日では多くの空間光変調器が開発されている。これらの中には、シリコンチップに取り付けられた複数の金属リボン様の構造を使用するものもある。リボン構造は、特定の「画像点」すなわち「ピクセル」を表す。リボンはごくわずかな距離を移動し、反射光の波長を変更させて所望の波長または色の光を生成する。リボン構造をすべて、全体として見ると、所望の画像が形成される。そして、表示画面上にこの画像を送ることができる。空間光変調器によっては、リボン様の構造を使用するものもあれば、ＤＭＤ等の何千個もの微小ミラーを使用するものもあり、この場合には、微小ミラーが表示エリア上の単一ピクセルを表す。
【０００５】
ＤＭＤチップを使用する場合には、光源はＤＭＤチップ上に向けられる。微小ミラーは、光をプロジェクタレンズのパス中に向けてピクセルをオンにするか、またはプロジェクタレンズのパスから外してピクセルをオフにする。プロジェクタレンズのパスからミラーを外すか、またはパスに向けて傾斜させることは、任意の所与の瞬間に各ピクセルに必要な各色がどのくらいの量であるかに基づく。この動作により、光が変調され、表示面上に投射される画像が生成される。このタイプの空間光変調装置に既知の問題は、「デッドピクセル」または「ピクセル欠落」である。「デッドピクセル」の問題は、特定のミラーが固定される、すなわち動作不能になる場合に発生する。この望ましくない「デッドピクセル」現象により、全白背景上に黒点が生じる。
【０００６】
現在のプロジェクタは、様々なＳＬＭ、すなわちＧＬＶやＤＭＤやＬＹＣＯＳ等を使用している。ＳＬＭは、限られた帯域幅を有し、複雑な制御電子機器を実装してカラーホイールからの異なる色の光を処理し受け取り、画像を生成する。帯域幅が限られていることにより、高品質画像の作成需要に対して制約が課される。
【０００７】
高品質で高解像度のプロジェクタに対する需要は、ハイエンドプロジェクタの研究開発において重要な役割を果たしてきた。高解像度プロジェクタを提供する現在の方法は、ＳＬＭチップサイズを増大させるというものである。ＳＬＭチップのサイズを増大させると、システムのピクセル数が増大することによってフルフレーム画像の解像度を増大させ、ひいてはより高品質のピクチャを提供する。しかし、ＳＬＭチップが大きいほど、プロジェクタの価格は高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記理由により、「ピクセル欠落」の影響を低減するとともに、空間光変調器チップに使用される面積を低減しながら、光および彩度を増大させて高品質画像を表示画面上に送る投射システムまたは投射方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、表示システムは、光源と、光源から光を受け取るように構成された空間光変調器とを含む。空間光変調器は、選択された空間色を変調して部分画像の集合の形で走査装置に送る。走査装置は、部分画像の集合を受け取って走査し、フルフレームカラー画像を作成する。
【００１０】
本発明のさらなる特徴および利点が、本発明の実施形態の特徴を例として共に示す添付図面と併せて検討される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１１】
本発明を実施する例示的な実施形態を添付図面に示す。同様の参照番号は異なる図面または図面における本発明の実施形態における同様の部品を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
これより、図面に示す例示的な実施形態を参照し、本明細書において特定の言葉を用いて例示的な実施形態について説明する。しかし、それによって本発明の範囲を限定することを意図しないことが理解されよう。本開示を会得した関連技術分野における当業者が想到するであろう本明細書に示される本発明の特徴の代替およびさらなる変更と、本明細書に示される本発明の原理のさらなる応用とは、本発明の範囲内にあるものとみなすべきである。
【００１３】
一般に、本発明は、可視スペクトルの各部分をカバーする、スペクトル的および空間的に分解された光源と、スペクトル的および空間的に分解された光から部分画像の集合の成分色を選択的に送る空間光変調器と、表示エリア全体に成分色を掃引してフルフレームカラー画像を作成する走査またはスクロール機構とを含む。これら各部品とそれぞれに関連する機能とについて以下に詳細に考察する。
【００１４】
図１は、本発明による表示システム１００の実施形態のブロック図である。一実施形態における表示システム１００は前面投射システムである。別の実施形態では、表示システム１００は背面投射システムである。さらに別の実施形態では、表示システム１００は直接、イメージング可能なディスプレイとして見ることができる。表示システム１００は、空間光変調器（ＳＬＭ）１０４に光学的に接続されて、選択された空間色を作成する、スペクトル的および空間的に分解された光１０３の光源１０２を含むことができ、作成された空間色が最終的なフルフレームカラー画像の部分画像１０５を作成する。ＳＬＭ１０４は、走査装置１０６に光学的に接続され、走査装置１０６は、部分画像１０５の選択された空間色を走査、またはその他の方法により掃引して、表示エリア１１５上にフルフレームカラー画像１０７を作成する。
【００１５】
表示システム１００は、走査装置１０６に光学的に接続された投射光学系１１０をさらに含みうる。投射光学系１１０は、フルフレームカラー画像１０７を受け取り、拡大されたフルフレーム画像１１１として表示エリア１１５上に投射するように構成することができる。投射光学系１１０は、１以上のミラー、レンズ、または画像の合焦に使用される他の光学部品を含みうる。投射光学系および表示システム１００との併用に適するように選択された部品の特定の構成は、当業者の知識の範囲内であるため、本明細書ではさらに詳述しない。表示エリア１１５は、前面照明または背面照明されて、投射または表示される画像を作成することができる。
【００１６】
走査装置１０６は、部分画像１０５の集合として成分色に分解され、空間変調された光を受け取り、受け取った光を走査して、重複する部分画像１０５の集合からフルフレームカラー画像１０７を生成するように構成することができる（図５を参照のこと）。
【００１７】
スペクトル的および空間的に分解された光１０２の源は、本発明の実施形態により、バランスの取れた白色光をスペクトル的および空間的に分解された光へと物理的に分解するカラーセパレータ１１４に光学的に接続された白色光源１１２を含む。別法として、スペクトル的および空間的に分解された光１０２は、発光ダイオードやレーザー等の複数のスペクトル光源１１３を含みうる。いくつかの成分の色へと分解されたときに最大限の色域を提供し、可視スペクトルをカバーする白色光を生成するように、（１以上の光源を使用して）白色光源１１２を構成することができる。一般に、白色光源は、実質的にバランスが取れている（スペクトル強度が均一である）。白色光源１１２は、複数の白色光源、例えば、メタルハライドランプと、キセノンランプと、ハロゲンランプと、水銀灯と、プラズマランプと、白熱灯と、本発明の実施形態に矛盾しない他の任意の白色光源とのいずれであってもよい。カラーセパレータ１１４は、プリズム、プリズムアレイ、または、本発明の実施形態によるスペクトル的および空間的に分解中に色を意図的に順序付けしない方法もしくはその他の方法により、色を実質的に時間的に分解しない任意のカラーセパレータとして構成することができる。多くのこのようなカラーセパレータは、当業者にはよく知られており、数例を挙げれば、プリズムと、ダイクロイックフィルタ（dichroic filter）と、ルゲートフィルタ(Rugate filter)と、回折光学系とを含む。
【００１８】
ＳＬＭ１０４は、スペクトル的および空間的に分解された光１０３を受け取り、空間変調された光を部分画像１０５の形態で生成するように構成することができる。ＳＬＭ１０４は、本発明の実施形態に従って、デジタルマイクロミラーデバイス（digital micro-mirror device：以下、「ＤＭＤ」とよぶ）と、回折格子光制御弁（grating light valve：以下、「ＧＬＶ」とよぶ）と、回折光装置（diffractive light device：以下、「ＤＬＤ」とよぶ）と、ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）との少なくとも１つを用いて構成することができる（数例を挙げたものであり、他のものも当業者にはよく知られており、代わりに用いることができる）。ＳＬＭ１０４は、ＳＬＭチップの表面上に配置された、本発明の実施形態によるフルフレーム画像の解像度に等しい表示要素アレイを有する画像形成要素であってもよい。例えば、ＳＬＭ１０４は、ＤＭＤを含んでもよく、ＤＭＤは、デジタルマイクロミラーアレイを有してＤＭＤ面を形成し、各デジタルマイクロミラーがフルフレーム画像内のピクセル位置に対応する。一実施形態では、ＳＬＭ１０４は、最終的なフルフレーム画像と同数のピクセルを有することができる。しかし、これは必ずしも必要であるとは限らない。一実施形態によれば、ＳＬＭ１０４は、最終的なフルフレーム画像に表示されるピクセルの総数未満のピクセルのアレイを有するようなサイズである。例えば、フルフレーム画像が８００×６００ピクセルである場合には、ＳＬＭ１０４は９６×６００ピクセルでありうる。この選択により、３原色のそれぞれに３２ピクセルが与えられ、最終画像の全高に及ぶ。別の選択は４８×３００ピクセルであり、原色あたり１６ピクセルが与えられ、ＳＬＭ１０４を２つの別々の高さで２度走査して、最終的なフルフレームカラー画像１０７を作成する。部分画像１０５の集合を重ねて組み合わせることにより、走査装置１０６はフルフレーム画像全体を形成できるようにする。言い換えれば、スペクトル的および空間的に分解された色の部分画像１０５の集合を表示エリア１１５全体にわたって走査装置１０６により走査して、部分画像１０５の集合を重ねてフルフレームカラー画像１０７を形成するものである。
【００１９】
ＳＬＭ１０４は、部分画像１０５の集合の生成されたカラースポットすなわちピクセルを変調することによって、表示面全体に送る画像を生成するように機能する。一実施形態では、変調は、生成されたカラースポットをオンまたはオフにすることによって時間とともにパルス変調することによって行われる。生成されたカラースポットをオンまたはオフにすることは、ＳＬＭの対応するピクセル素子をオンまたはオフにすることにより実現される。他の実施形態では、振幅変調、位相変調、偏波変調、回折変調（diffractive modulation）、または（フィルタリング等の）周波数変調を行うことによって、生成されたカラースポットを変調することができる。
【００２０】
一実施形態における走査装置１０６は、軸を中心としてスピンし、ＳＬＭ１０４からの空間変調光を掃引するポリゴンミラー２０６（図２参照）として構成することができる。「スピン」という語は、はめば歯車（cogwheel）のような形またはステッパモータのように不連続なステップの形により、一方向へのミラーの非均等な前進を含みうる。ポリゴンミラー２０６は、任意の数の面を含むことができ、（８面ポリゴンミラーなどの）図２に示す８つのミラーには限定されない。別法として、走査装置１０６は、ガルバノメータミラーの場合のように、或る角度の範囲で前後に回転可能な旋回ミラー（図３を参照のこと）として構成することができる。旋回ミラーを有することにより、部分画像を表示エリア１１５の全体にわたり、左から右にそして右から左に、もしくは、上から下にそして下から上に２つのそれぞれ逆の方向に、または、多軸の場合にはこれらの両方に走査することができる。さらに、走査装置は、２つ以上の走査要素を含み、水平方向と垂直方向との両方での走査を可能にすることができる。
【００２１】
表示システム１００は、ビデオおよび／または画像情報ストリームを１以上のソースから１以上の３Ｄフォーマットまたは２Ｄフォーマットにより受け取る制御電子機器１０８をさらに含みうる。制御電子機器１０８は、ＳＬＭ１０４および走査装置１０６を同時に制御し、カラー画像を生成させるように構成される。制御電子機器１０８は、固定ロジック、プログラマブルロジック、マイクロプロセッサ、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの様々な組み合わせを含みうる。制御電子機器１０８は、入力されたビデオ情報または画像情報に従ってＳＬＭ１０４の個々の表示要素（ピクセル）を制御して、受け取った光を変調するために使用することができる。制御電子機器１０８は、ＳＬＭを制御して、ＳＬＭチップの画像形成要素上の固定セグメントカラーエリアを走査装置１０６と同期するように構成することができる。一実施形態では、制御電子機器１０８は、ＳＬＭ１０４の個々の表示要素をオンまたはオフにして画像を形成するように構成することができる。分解された色は、複数のＳＬＭピクセル素子を使用して表示エリア１１５全体に掃引（sweep）して、最終画像のピクセルエリアをカバーすることができるため、表示システム１００は、例えばＳＬＭＡ１０４のＤＭＤ実施形態における欠陥ミラー素子などの欠落したピクセル、固定のピクセル、または故障したピクセルに起因して発生するエラーを隠すことができる。欠陥ピクセルは、制御電子機器１０８内の他の作業中のＳＬＭピクセル素子によっても補償することができ、これによってＤＭＤデバイスの歩留まりが向上する。本発明の実施形態では、欠陥ピクセル素子を有するＤＭＤデバイスの使用を考慮するため、通常であれば不合格になるものでも、デバイスによっては使用が可能なものもある。これにより、ＤＭＤ製造工程の歩留まりが事実上向上し、そのため表示システムのコストが下がる。
【００２２】
さらに、同一の白色光源２１２を組み込んでカラーフィルタホイールを使用して色を順次に分解する従来のＤＭＤまたは他のＳＬＭシステムよりも、表示システム１００の飽和色強度は最大で２００％まで高めることができる。この強度の増大は、色がもはや順次に生成されずに、むしろ同時に生成され、変調され、表示エリア１１５全体に掃引されることによる。したがって、カラーホイールシステムを使用する場合に行われるように光源出力のほぼ１／３で見る側に順次に提示されるのではなく、一般に、（画像の境目を除いて）画像生成の大半において、少なくとも３原色が一度に使用される。原色以外の色空間システムも使用することができ、このこともやはり本発明の範囲内にあり、当業者にはよく知られている。
【００２３】
図２は、本発明によるプロジェクタ２００の形態の表示システム１００の一実施形態のブロック図である。プロジェクタ２００は、白色光源２１２と、プリズム２１４と、（上述のような）ＳＬＭ１０４と、ポリゴンミラー２０６とを含むことができ、これらはすべて光路２１６（点線）に沿って構成される。プロジェクタ２００は、上述したように、投射光学系１１０をさらに含みうる。プロジェクタ２００は、光路２１６に沿って光を配向および整形するために、集光光学系２１８および／またはコリメート光学系２２０と、他の任意の適したミラーの組み合わせと、インテグレータロッドと、レンズと、ＩＲフィルタや（明確に図示していない）ＵＶフィルタなどの他の光学部品とをさらに含みうる。
【００２４】
プロジェクタ２００によれば、白色光源２１２によって白色光が生成される。例えば、キセノンは、非常にバランスのとれた白色光を提供するため、完全で飽和した色域が可能である。生成された白色光を集光光学系２１８によって集光して、プリズム２１４に入れることができる。生成されると、白色光はプリズム２１４によってスペクトル的および空間的に分解される。スペクトル的および空間的に分解された光１０３は、特定の白色光源２１２の属性に依存して重み付けられた、赤から紫までの可視スペクトルをカバーする成分色を含みうる。スペクトル的および空間的に分解された光１０３は、赤がビームの一部にあり、青および紫が反対部分にある状態でプリズムから出る。そして、このスペクトル的および空間的に分解された光１０３は、ＳＬＭ１０４の表面に衝突して入る。例えば、ある向きでは、ＳＬＭの左の部分またはセグメントには常に赤色光が入り、中央の部分またはセグメントには常に緑色光が入り、右の部分またはセグメントには常に青色光が入る。したがって、複数の色がＳＭＬ１０４上に固定パターンを形成する。もちろん、ＲＧＢ原色付近に存在する紫と橙と他の色のピクセルが、示したようにフルスペクトルの光または全色域を構成することができる。所望であれば、非原色成分をフィルタリングするか、または、別の方法としては非原色成分を除去して、最終画像の作成を簡易化することができる。
【００２５】
例示的な一実施形態では、ＳＬＭ１０４は、マイクロミラー型チップＳＬＭなどの反射ＳＬＭを含む。そして、スペクトル的および空間的に分解された光が反射ＳＬＭの表面に衝突して入ると、（部分画像１０５の集合である）ＳＬＭからの光は、複数の面を含むポリゴンミラー２０６上へと伝えられる。ポリゴンミラーの面は回転するので、ＳＬＭに対するポリゴンミラーの向きに応じて上から下にまたは端から端に、表示エリア１１５全体に各色ピクセルを移動させる。ポリゴンミラーの速度は、色のフルスペクトルを少なくともあらゆるフレームで表示エリアのあらゆる位置において見ることができるように調整可能である。フレームレート毎秒６０フレームを有する実施形態の場合には、６０Ｈｚの面周波数（facet frequency）を含むようにポリゴンミラー２０６をスピンさせる。ミラーが１０個の小平面をもつ場合には、ミラースピン周波数は６Ｈｚになるであろう。例えば、リニア型またはステッパ型のモータによってポリゴンミラー２０６を回転させることができる。ポリゴンミラー２０６は、フルフレームカラー画像１０７を反射して投射光学系１１０に伝えるようにさらに機能してから、投射光学系１１０は、拡大されたフルフレーム画像１１１を表示エリア１１５全体に（上へとまたは内へと）イメージングする。
【００２６】
本発明の別の例示的な実施形態では、ＳＬＭ１０４は、透過型構成または部分ミラー構成を含みうる。光路および必要なフォールディング（folding）光学系（またはアンフォールディング（unfolding）光学系）と集光光学系との幾何学的形状は、図２に示すものと異なる場合もあるが、本明細書の内容を会得した当業者の知識の範囲内であり、本明細書においてさらに詳述しない。
【００２７】
図３は、プロジェクタ３００の形態の表示システム１００の代替の実施形態の図である。この実施形態は、表示システム１００の異なる部品に対する代替の装置を示す。光源１０２は、楕円形反射器３０６の第１の焦点３０２にファイヤボール（fireball）を発生させる高圧メタルハライド電球を使用する。放射された光３０８は、反射器３０６から、インテグレータロッド３１４の入力に配置された第２の焦点３０４に反射する。逆反射器３１２が使用されて、光源１０２からの迷光が捕捉され、捕捉された迷光は楕円形反射気３０６に反射して戻され、インテグレータロッド３１４の入口にさらに向けられる。
【００２８】
インテグレータロッド３１４は、出力表面上で光を調和させ強度を均一にするために使用される。また、光を整形してＳＬＭ１０４のアスペクト比に合わせて、ＳＬＭ１０４のエッジを超えて光が溢れ出さないようにして、光の強度を最大化するために、インテグレータロッド３１４が一般に使用される。インテグレータロッド３１４の出口にはダイクロイックフィルタアレイがあり、ダイクロイックフィルタアレイが、スペクトル的および空間的に分解された光である赤（Ｒ）と緑（Ｇ）と青（Ｂ）のパターンを作成する。ダイクロイックフィルタを使用して、特定の光周波数にフィルタを透過させ、異なる周波数の光を反射して戻す。この反射された光３１０は、楕円形反射器３０６に戻って反射してから、インテグレータロッド３１４の入口に戻される。同じ波長のダイクロイックフィルタに衝突した場合には透過する。したがって、光が再利用されて、光源１０２から発せられた光の大半はダイクロイックフィルタ３１６の集合を透過する。そして、スペクトル的および空間的に分解された光１０３は、イメージング光学系３１８を使用して集められ、空間光変調器１０４上に光を投射する。
【００２９】
代替の実施形態では、ダイクロイックフィルタ３１６の集合を任意選択的に除去して、ＳＬＭ１０４に回折光装置（ＤＬＤ）を使用することができる。ＤＬＤベースのＳＬＭ１０４の各ピクセル素子は、基本的に、キャビティの間隔に基づいてイネーブルまたはウィスエーブルされて入力光を選択的にフィルタリングして色にすることができるファブリ−ペロー型干渉計（Fabry-Perot type interferometer）である。
【００３０】
図３における例示的な空間光変調器１０４は、参考のために、４ピクセル×６４ピクセル×３セグメント変調器として正面図で示される。異なるアスペクト比およびピクセル寸法を選択することもできる。この例では、８００×６４０フルフレームカラー画像が所望されると想定すると、最終画像上の各ピクセルは、ピクセル位置にわたって掃引された各色の少なくとも４ピクセルを有して欠陥を隠す。
【００３１】
ＳＬＭ１０４からの光は、旋回ミラー３２０により２つの直交する方向に掃引される。第１の軸３２２は、ＳＬＭ１０４からの部分画像１０５を、表示エリア１１５の左から右に第１の方向において掃引または走査するために使用される。そして、走査方向３３０により示すように、表示エリア１１５の右から左に部分画像１０５を逆に掃引することができる。走査は表示エリア１１５の境界の左外側で開始し終了することに留意する。部分画像は、第１の位置３２４と第２の位置３２６との間に旋回ミラー３２０を移動させることにより、回転の角度３３２を通して走査される。いずれの側でも操作が終了すると、旋回ミラーは軸３２４などの第２の軸を中心に回転して、第２の方向において部分画像１０５を走査することができる。別法として、ＳＬＭ１０４は、フルフレームカラー画像１０７につき、第１の軸３２２に沿って１回の走査しか必要ないように、１つの軸における最終画像の解像度に一致したピクセルを一方向に有するように設計することができる。
【００３２】
本発明により認められるいくつかの利点がある。第１に、ＤＭＤ  ＳＬＭシステムでの欠陥ミラー素子のように、欠落または故障したＳＬＭピクセル素子により発生するエラーなどの、画像生成におけるエラーを隠すことができる。第２に、ＳＬＭおよび走査装置は、各ＳＬＭピクセルは固定色を有するため、より簡易な制御電子機器構成を提供することができる。第３に、飽和色強度において従来の表示システムよりも優れた大きな増進がある。第４に、カラーホイール表示システムと比較して、飽和色の増進により、水銀ベースの光源よりも入力ワットにつき少ない出力を有し、より大きなファイヤボールを有するため、全飽和色色域を可能にするバランスのとれた白色光を提供するキセノン光源の使用が可能になる。第５に、表示システムの実施形態は、（各ＳＬＭが１つの原色を使用して効率を上げるものである）３チップＳＬＭシステムよりも構築および作動が安価であるため、システムをより低価格プロジェクタに実装することができる。第６に、光の偏波が必要ないため、このようなＬＣＤベースのＳＬＭ表示システムと比較して、飽和光が増大または増進するとともに、光路が簡易化される。第７に、高価な高速カラーホイールおよび対応する高価な点光源が必要ない。このような利点は、包括的であることを意図するものではく、当業者は他の利点を認めることができる。
【００３３】
図４を参照して、本発明は、カラー画像を表示エリア１１５上に投射する方法４００をさらに含む。方法４００は、スペクトル的および空間的に分解された光１０３を同時に生成するステップ４０２と、スペクトル的および空間的に分解された光を空間変調して、選択された色を部分画像１０５の集合の形で得るステップ４０４と、選択された色を表示エリア１１５上の所定の方向に沿って掃引（走査）して、フルフレームカラー画像１０７を形成するステップ４０６とを含む。これらの方法ステップは、図１において上に述べた基本部品を利用して行われる。
【００３４】
例示的な実施形態では、スペクトル的および空間的に分解された光を空間変調するステップ４０４は、カラーホイールシステムの場合に行われるように実質的に時間的に光を分解しない。異なる色は、光路内の様々な媒体を通してわずかに異なる速度を有することがあるため、互いにわずかに遅延する場合がある。しかし、この影響は見る側には目立たず、いずれの時間的隔たりもごくわずかであり、意図的なものではない。言い換えれば、ステップ４０４は、意図的には光の色を異なる時間間隔に順次に処理（分離）しない。
【００３５】
図５は、表示エリア１１５上のフルフレーム最終画像および５１０の方向に走査されるＳＬＭ１０４のタイミングの図である。ＳＬＭ１０４は、走査動作の説明を明確にするために、３×６００ピクセルを有するものとして示される。最終画像は８００×６００ピクセルとして示される。画像の下には、表示エリア１１５のピクセル位置に対する部分画像色平面の位置のタイミングを表すチャートがある。Ｔ＝０において、走査装置は、ＳＬＭの部分画像を表示エリアの外に配置する。Ｔ＝１において、表示エリア１１５の１列目が、１列目の最終画像の青部分に対応する部分画像の青部分で照明される。Ｔ＝２において、１列目は、１列目の最終画像の緑部分に対応する部分画像の緑部分で照明される。さらに、最終画像の２列目の青部分が、２列目の最終画像の青部分に対応する部分画像で照明される。Ｔ＝３において、走査装置は前進して、最終画像の各列の各色の変調データを含む赤色と緑色と青色の部分画像のそれぞれで最終画像の１列目と２列目と３列目を照明する。ＳＬＭ部分画像は、Ｔ＝８００＋３において、ＲＧＢ部分画像が外れるまで引き続き走査され、重複して表示エリア１１５上に最終画像を作成する。最終画像および新たな走査は、（ポリゴンミラーの場合のように）最終画像の１列目または（旋回ミラーの場合のように）最終画像の最後の列において開始することができる。最終画像枠外のＳＬＭ１０４の部分画像の走査により、ＳＬＭ１０４はスペクトル的および空間的に分解された光１０３で照明されるが、これらの部分は変調してなくなる。したがって、効率的な設計により、ＳＬＭ１０４の幅が、各色に４ピクセルを使用してピクセル欠陥の補正を提供する等、特定の目的に必要な幅に最小化される。ＳＬＭ１０４の最小アレイサイズは、最終的なフルフレームカラー画像の解像度での所望の色深度にピクセルを変調する能力によって制限される。例えば、ＤＭＤ  ＳＬＭ１０４を使用する場合には、最小アレイサイズは、オンまたはオフにミラーを有効に切り替えることができる周波数によって制限される。
【００３６】
図６を参照すると、本発明は、プロジェクタを製造する方法６００をさらに含む。方法６００は、スペクトル的および空間的に分解された光１０３を生成して同時に分解された光にするように構成された光源１０２を設けるステップ６０２を含む。ステップ６０６は、同時に分解された光を受け取り、選択的に空間変調された色を部分画像１０５の集合の形態で選択的に送るように構成された空間光変調器（ＳＬＭ）１０４を設ける。ステップ６０８は、選択的に空間変調された色を掃引してフルフレームカラー画像１０７を得るように構成された走査装置を設ける。ステップ６１０は、フルフレームカラー画像１０７を表示エリア１１５全体に投射するように構成された投射光学系を設ける。ステップ６１２は、単一の光路を有する構成に光源１０２、ＳＬＭ１０４、走査装置１０６、および投射光学系１１０を組み立て、プロジェクタまたは表示装置を得る。
【００３７】
上記参照した構成は、本発明の原理の応用を示すものであることを理解されたい。本発明は、本発明の例示的な実施形態と併せて図面に示して上述してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変更形態および代替構成を案出することができる。例えば、ＳＬＭ上への複数の光路を使用して、ＲＧＢＲＧＢＲＧＢなどの複数の色のバンドをイメージングし、走査して最終画像を形成することができる。特許請求の範囲に記載の本発明の原理および概念から逸脱することなく、多くの変更形態を行うことができることは当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるプロジェクタの実施形態のブロック図である。
【図２】本発明によるプロジェクタの別の実施形態のブロック図である。
【図３】本発明によるプロジェクタの別の実施形態のブロック図である。
【図４】カラー画像を画面上に投射する本発明による例示的な方法を示す流れ図である。
【図５】本発明の実施形態による例示的なタイミングでフルフレーム画像に走査される部分画像の図である。
【図６】プロジェクタを製造する例示的な方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００  表示システム
１０２  光源
１０４  ＳＬＭ
１０６  走査装置
１０８  制御電子機器
１１０  投影光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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